论文部分内容阅读
本文以大兴安岭阔叶混交低质林为研究对象,通过带状6m (S1)、10m (S2)、14m (S3)、18m (S4)和块状25m2 (G1)、100m2 (G2)、225m2 (G3)、400m2 (G4)、 625m2 (G5)、900m2 (G6)改造模式进行改造后,对各样地枯落物持水性能、土壤理化性质、土壤呼吸速率、物种多样性、植被生长等指标进行了连续5年的观测,分析了不同改造模式各项指标的动态变化,并且建立了综合评价模型,对不同改造模式进行了综合评价。研究结果可以准确掌握低质林改造过程中恢复的过程及现状,有助于低质林改造措施的开展与调整,有利于提升大兴安岭林区低质林的经营水平,提高森林质量和生产力,改善森林的多种生态功能,对大兴安岭林区可持续发展具有十分重要的意义。研究结果如下:(1)各改造样地枯落物蓄积量、最大持水量、有效拦蓄量随着时间的推移呈现先下降后上升的过程。样地S2、G2枯落物蓄积量、最大持水量、有效拦蓄量在改造后的第一年(2010年)明显高于对照样地(P<0.05),在改造后的第二年和第三年(2011年和2012年)不同改造样地各指标都低于对照样地,到改造后的第五年(2014年)样地S2、G1、G2、G3枯落物各指标都高于对照样地,带状改造样地中样地S2枯落物蓄积量(11.14t·hm-2)、最大持水量(60.19t·hm-2)、有效拦蓄量(47.31t·hm-2)最高,块状改造样地中样地G2枯落物蓄积量(10.37t·hm-2)、最大持水量(58.50t·hm-2)、有效拦蓄量(46.19t·hm-2)最高。各样地半分解层枯落物蓄积量、最大持水量、有效拦蓄量等指标都高于未分解层枯落物。改造后第五年(2014年)各样地枯落物持水量与浸泡时间之间的关系满足对数曲线,枯落物吸水速率与浸泡时间之间的关系满足乘幂曲线。(2)各改造样地改造后第一年(2010年)土壤结构受到比较严重的破坏,土壤容重较高,土壤水分以及孔隙状况较差,之后随着更新植被的生长,土壤物理性质在波动过程中逐渐改善。各改造样地土壤pH值随时间的推移呈现先下降后上升的过程,同年各改造样地土壤pH值随样地面积增加而上升。各改造样地土壤有机质、全量养分和速效养分含量在改造后的前两年明显高于对照样地,之后随时间的推移开始流失下降,甚至低于对照样地,随着各改造样地人工更新苗木以及天然更新植被的生长,土壤养分含量又有所上升。在改造后第五年(2014年),带状改造样地S2、S3,块状改造样地G2、G3,土壤容重较低,持水能力较强,孔隙度较大,土壤养分含量较高。(3)各带状改造样地和对照样地白天土壤呼吸速率均高于夜间土壤呼吸速率,天当中土壤呼吸速率最高值一般出现在12:00-15:00,土壤呼吸速率最低值一般出现在23:00-3:00。各改造样地土壤呼吸速率随时间的推移先上升后下降,随后又上升,2014年各改造样地土壤呼吸速率都低于对照样地,且差异显著(P<0.05),其中样地S3土壤呼吸速率(5.84nmol·m-2·s-1)最高。土壤呼吸速率与土壤温度的关系适合指数模型(R2为0.79-0.90),Q10值在2.23~2.66之间,土壤呼吸速率和土壤湿度(9%~27%)呈显著的二次曲线关系(R2为0.65-0.85),应用双因素复合模型拟合效果优于单因子模型,土壤温湿度能够共同解释各样地土壤呼吸速率的70.7%-92.5%。各样地土壤呼吸速率与土壤总孔隙度、有机质含量存在显著的正相关性,与土壤pH、氮含量及半分解枯落物蓄积量相关性也较高。(4)各样地在改造后第五年(2014年)乔木层物种样性评价指数都低于对照样地,其中S3的乔木层Shannon-wiener多样性指数(1.37)、Pielou均匀度指数(0.98)最高;各改造样地灌木层Shannon-wiener多样性指数、Pielou均匀度指数都高于对照样地,其中S4最高,达到了1.52、0.95;各改造样地草本层物种丰富度指数和Shannon-wiener多样性指数都高于对照样地,其中G6草本层Shannon-wiener多样性指数、Pielou均匀度指数最高,达到了2.08、0.87。在改造后的5年时间里各改造样地胸径和树高总生长量高于对照样地,带状改造样地中S2胸径和树高总生长量最高,分别达到了0.58cm、0.76m,块状改造样地中G3胸径和树高总生长量最高,分别达到了0.56cm、0.72m。在改造后第五年(2014年),样地S3红松连年生长率(20.47%)最高,连年生长量为6.91cm,样地S2樟子松连年生长率(20.69%)最高,连年生长量为5.02cm,样地G4兴安落叶松连年生长率(22.05%)最高,连年生长量为14.64cm。各改造样地苗木保存率随时间的推移下降幅度减小,在改造后第五年(2014年)样地S2红松、樟子松和兴安落叶松苗木保存率最高,分别达到了80.77%、78.85%、82.31%。(5)采用灰色关联分析法对改造后第五年(2014年)不同改造模式建立综合评价模型,筛选出28个指标,计算出10种改造模式的灰色关联度,据此评价各改造模式的改造效果,综合比较发现,带状改造模式总体上优于块状改造模式,带状改造模式中S2和S3改造效果较好,而块状改造模式中G2和G3改造效果较好。